Classification destypes de biorécepteurs

Généralement, les biocapteurs peuvent être classés en fonction du type de biorécepteur qu'ils utilisent. Il est essentiel pour un biorécepteur d’être sélectif et sensible à l’analyte cible spécifique afin d’empêcher l’interférence d’autres substances de la matrice de l’échantillon (Lowe, 2007). Le biorécepteur utilisé par les biocapteurs peut être divisé en cinq mécanismes principaux.

1.4.3.1 Les enzymes

Les enzymes sont souvent utilisées comme biorécepteur pour la mise au point de biocapteurs. Ces biocapteurs utilisent des enzymes spécifiques des cibles et catalysent la génération du produit. Le biocapteur basé sur les enzymes est le premier biocapteur développé. Il a été

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introduit pour la première fois par Clark et Lyons en 1962, avec une électrode enzymatique ampérométrique pour détecter le glucose [162].

Les enzymes sont capables de reconnaître spécifiquement leurs substrats et de catalyser leur transformation. Ces propriétés uniques permettent d’utiliser les enzymes pour développer des appareils d'analyse [199]. Les biocapteurs basés sur des enzymes associent une couche de détection contenant un biocatalyseur avec transducteur. Le principe de fonctionnement de ce genre de biocapteur est basé sur l'action catalytique et les capacités de liaison. Principalement, il y a plusieurs facteurs qui peuvent influencer l'action catalytique de l'enzyme, tels que la charge d'enzymes, la concentration du substrat, la température, la présence d'inhibiteur et le pH. La méthode d'immobilisation est également utilisée pour retenir l'enzyme ainsi que l'épaisseur de la couche d'enzyme sur le biocapteur pouvant affecter les performances de l'électrode.

1.4.3.2 Les anticorps

L’anticorps est une biomolécule complexe, composée de centaines d'acides aminés en une séquence hautement ordonnée. Il est une immunoglobine (Ig) en forme de (Y), composée de deux chaînes lourdes (H) et de deux chaînes légères (L). Chaque chaîne a une partie constante et variable. La partie variable est spécifique et sélective à l'antigène [200]. Cette propriété unique des anticorps est cruciale pour leur utilité dans les immuno détecteurs (Immunosensors).

Un biocapteur à base d'anticorps a été appliqué pour la première fois en 1950, ouvrant ainsi la porte à la possibilité d'immuno diagnostics[201]. Les interactions biomoléculaires peuvent être divisées en deux catégories, directe et indirecte. Le format direct est basé sur l'interaction entre la molécule cible immobilisée et une molécule de ligand où le ligand immobilisé interagit directement avec une molécule cible. Le format indirect est basé sur l’utilisation d’une espèce marquée distincte qui est détectée après la capture par fluorescence ou luminescence.

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Principalement, ce format basé sur la modification du signal du marqueur se produit lorsque le complexe cible-marqueur forme un immunocomplexe avec l’anticorps[202].

1.4.3.3 Les acides nucléiques

Les biocapteurs basés sur l'ADN, l'ARN et les acides nucléiques peptidiques intègrent un ou des acides nucléiques (oligonucléotides et poly nucléotides) en tant qu'élément de reconnaissance biologique. En 1953, la séquence d'acides nucléiques a été développée pour l'application de diagnostic spécifique[203]. De nos jours, des oligodésoxyribonucléotides (ODN) synthétiques sont utilisés comme sondes dans les biocapteurs à base d’acide nucléique.

Le principe de fonctionnement de ce biocapteur est basé sur la reconnaissance du brin complémentaire par l'ADN simple brin (ADNsb), afin de former une liaison hydrogène stable entre deux acides nucléiques afin de devenir un ADN double brin (ADNdb). Pour ce faire, un ADNsb est immobilisé dans le biorécepteur dont la séquence de bases est complémentaire à la cible d'intérêt. L'exposition de la cible à l’ADNsb, entraîne l'hybridation de l'ADNsb complémentaire pour former de l'ADNdb. Cette hybridation produira une réaction biochimique permettant au transducteur de transférer le signal en signal électrique. Par la suite, la présence de certains marquages (liens chimiques) tels que thiol, biotine, disulfure, amine est nécessaire pour immobiliser l’ADNss sur la surface de détection [204, 205].

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1.4.3.4 Les cellules

Ces biocapteurs utilisent les cellules vivantes comme des éléments de détection. Ils sont basés sur la capacité des cellules vivantes à détecter les paramètres physiologiques, la condition du microenvironnement intracellulaire/extracellulaire et à produire une réponse[206]. Actuellement, les biocapteurs développés qui utilisent les cellules comme biorécepteur, s'appuient sur leurs propriétés catalytiques ou pseudo catalytiques [207].

Il y a plusieurs facteurs qui peuvent influencer la détection, tels que la stabilité de la cellule, la stérilisation, la durée de vie et la biocompatibilité. D’autre part, ces genres de biocapteurs sont moins sensibles à l'inhibition par les solutés et sont plus tolérants aux valeurs de pH et de température que les biocapteurs à base d'enzymes[208].

1.4.3.5 Les aptamères

Ces genres de biocapteur sont appelés Aptasensor car ils utilisent des ADN ou ARN aptamères comme des biorécepteurs. Les aptamères sont des oligonucléotides de simple brin artificiels d’ADN ou ARN, qui sont sélectionnés dans une banque combinatoire de séquences en fonction de leur capacité à reconnaître une cible avec une grande affinité et spécificité[209].

Les aptamères se plient en structures tridimensionnelles bien définies et peuvent être générés contre diverses cibles telles que des protéines, des médicaments, des molécules organiques ou inorganiques. Ils se lient à leurs ligands par des interactions de formes complémentaires.

Actuellement, Les aptamères conviennent aux applications analytiques, diagnostiques et thérapeutiques [141], grâce à leur propriétés telles que spécificité, petite taille, grande capacité de régénération, facile à modifier et immobiliser.

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Cependant, le problème de ce genre de biorécepteur est inhérent aux propriétés des acides nucléiques, telles que la pléomorphe structurale et chimique, qui réduisent l’efficacité du biocapteur.

Vous trouvez plus d’informations sur les aptamères au chapitre 1, section 4.